Công nghệ hàn dưới nước – Underwater welding​

1. Hàn dưới nước là gì?

Hàn dưới nước là phương pháp hàn hồ quang điện đặc biệt được tiến hành dưới nước. Que hàn có hai lớp thuốc bọc: 1 lớp bên trong có tính năng như thuốc bọc que hàn thông thường, 1 lớp bên ngoài có tính năng cách nước. Một đặc điểm của hàn dưới nước là thường có chiều dài mối hàn ngắn. Phương pháp hàn dưới nước được sử dụng trong tất cả các quá trình từ xây dựng sửa chữa, lắp đặt cũng như bảo trì.

Hình 01: Hàn dưới nước là gì

2. Nguyên lý của hàn dưới nước.

Phương pháp hàn dưới nước dựa vào khả năng cháy ổn định hồ quang trong bong bóng khí dưới sự làm mát cực của môi trường nước xung quanh. Nhiệt của hồ quang được tạo ra giữa que hàn và vật được hàn làm nóng chảy vật liệu cơ bản. Sự nóng chảy lõi của que hàn, các hạt kim loại có trong thuốc bọc và một phần của vật liệu cơ bản tạo nên vũng hàn và đông đặc thành mối hàn.

3. Ưu nhược điểm của hàn hồ quang dưới nước.

3.1- Ưu điểm

Ưu điểm lớn nhất của phương pháp này là có thể thao tác trong môi trường nước.

• Có khả năng linh hoạt dưới nước, có tính linh động cao.
  
• Có thể hàn ở nhiều vị trí, tư thế.
• Vùng ảnh hưởng nhiệt của phương pháp này nhỏ.

3.2- Nhược điểm

• Công tác chuẩn bị trước khi hàn phức tạp.
• Việc thi công hàn dưới nước gặp nhiều khó khăn, trở ngại.
• Chất lượng mối hàn chủ yếu phụ thuộc vào trình độ tay nghề của thợ hàn.
• Thiết bị phục vụ cho công tác hàn rất nhiều và tốn kém.
• Độc hại cho môi trường, đặc biệt là nguồn nước.
• Khó quan sát khi hàn.

Hàn hồ quang dưới nước là phương pháp hiệu quả sử dụng phương pháp làm nóng chảy tại điểm hàn sau đó hóa cứng mối hàn bằng cách sử dụng dòng hồ quang có mật độ năng lượng cao. Tuy nhiên sự tan chảy và đông cứng nhanh chóng gây ra các ảnh hưởng đến cơ tính kim loại của mối hàn. Do đó khi sử dụng phương pháp hàn dưới nước cần phải chú ý đến tốc độ làm mát cực nhanh gây ra bởi môi trường nước xung quanh và ảnh hưởng của môi trường giàu khí hidro gây ra bởi dòng hồ quang. Áp suất cao cũng gây ra các ảnh hưởng đến dòng hồ quang. Đây là các yếu tố chính ảnh hưởng đến chất lượng của mối hàn trong phương pháp hàn dưới nước.

4. Phân loại hàn dưới nước.

Có một số phương pháp để phân loại hàn dưới nước một trong các phương pháp đó là phân loại theo môi trường hàn. Chúng ta có thể phân loại thành các loại sau:

Hình 02: Phân loại hàn dưới nước

4.1- Hàn trong giếng kín (Cofferdam).

Phương pháp này là dùng buồng khô để chứa toàn bộ vùng hàn và có lỗ mở trên mực nước biển, do đó áp lực môi trường xung quanh bên trong giống như áp lực bề mặt. Chúng ta có thể thấy phương pháp này được áp dụng dễ dàng với các mối hàn gần bề mặt nước. Phương pháp hàn ở đây tương tự như các phương pháp hàn trong không khí bình thường.

4.2- Hàn trong buồng kín (Atmospheric pressure).

Giống như phương pháp trên tuy nhiên buồng đóng được sử dụng. Nước được đẩy ra nhờ áp suất khí. Lúc này áp suất khí bên trong sẽ giảm xuống bằng với mức áp suất khí quyển. Phương pháp hàn ở đây tương tự như các phương pháp hàn trong không khí bình thường.

4.3- Phương pháp hàn trong buồng kín với áp suất cao (Hyperbaric).

Áp lực bên trong buồng giữ áp suất hơi cao hơn so với áp lực môi trường xung quanh. Phương pháp hàn phù hợp với áp lực cao cần được sử dụng trong trường hợp này. Phương pháp này cũng đòi hỏi chi phí cao và thời gian để thiết lập điều kiện hàn tốt dưới độ sâu lớn.

4.4- Phương pháp hàn khô tại điểm hàn (Local dry).

Phương pháp này sử dụng thiết bị đặc biệt để tạo ra tình trạng khô tại khoảng hàn. Tất cả khu vực bao quanh mối hàn đều nằm trong môi trường nước. Phương pháp này tiết kiệm chi phí hơn so với các phương pháp hàn buồng kín, tuy nhiên chúng ta phải quan tâm đến khả năng làm khô, cũng như đảm bảo cơ tính của mối hàn.

4.5- Hàn ướt đơn thuần.

Đây là phương pháp hàn đơn giản nhất, nhưng nó có các khó khăn trong việc đảm bảo chất lượng mối hàn.

5. Các rủi ro khi hàn dưới nước.

Có thể xảy ra rủi ro bị điện giật cho thợ hàn/thợ lặn. Cần đưa ra các biện pháp đề phòng bao gồm tiêu chuẩn cách điện thích hợp cho thiết bị hàn, thiết bị đóng ngắt, cắt nguồn điện ngay khi tắt hồ quang và giới hạn điện áp mạch hở thích hợp cho máy hàn. Rủi ro thứ hai là hydro và oxy được tạo ra bởi hồ quang khi hàn ướt. Cần phòng ngừa khả năng hình thành các túi khí, tạo ra nguy cơ gây nổ.

Rủi ro khác ảnh hưởng tới thợ hàn/thợ lặn từ nitơ thâm nhập vào máu khi tiếp xúc với không khí tại áp suất gia tăng. Biện pháp phòng ngừa là cung cấp nguồn khí dự phòng và buồng giảm áp để tránh nguy cơ rơi vào trạng thái mê man do nitơ gây nên khi lên bờ nhanh.

Với những kết cấu được hàn dưới nước bằng phương pháp hàn ướt, việc kiểm tra mối hàn có thể khó khăn hơn. Việc đảm bảo chất lượng mối hàn đồng bộ cũng không dễ dàng và mối hàn có thể có khuyết tật nhưng không phát hiện được.